(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上の液滴の接触角を測定する接触角計において前記試料上の液滴を撮像した画像を処理する画像処理装置であって、
前記試料上の前記液滴を上方から撮像した液滴平面画像に基づいて前記液滴の平面視輪郭形状を導出する形状導出手段と、
前記試料上の前記液滴を側方から撮像した液滴幅導出用画像に基づいて前記液滴の幅方向寸法を導出する液滴幅導出手段と、を備え、
前記形状導出手段は、
前記液滴平面画像の各画素を他の画素と比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果に基づいて前記液滴平面画像の各画素が前記液滴の平面視輪郭形状を示しているか否かを判定する判定手段と、
前記液滴幅導出手段が導出した前記液滴の幅方向寸法に基づいて前記比較手段が比較する画素の範囲を設定する比較範囲設定手段と、を備えることを特徴とする、
接触角計用画像処理装置。
【請求項２】
前記試料上の前記液滴を側方から撮像した液滴側面画像に基づいて前記液滴の接触角を導出する接触角導出手段をさらに備えることを特徴とする、
請求項１に記載の接触角計用画像処理装置。
【請求項３】
前記比較手段は、前記液滴平面画像の各画素を、前記試料上に前記液滴がない状態を上方から撮像した基準平面画像における同一位置の画素と比較することを特徴とする、
請求項１または２に記載の接触角計用画像処理装置。
【請求項４】
前記比較手段は、前記液滴平面画像の各画素を、前記液滴平面画像における周囲の画素と比較することを特徴とする、
請求項１または２に記載の接触角計用画像処理装置。
【請求項５】
前記判定手段は、前記比較手段の比較結果に基づいて、前記液滴平面画像の各画素が前記液滴内において前記液滴の平面視輪郭形状と相似形に生じた光輪の形状を示しているか否かを判定し、
前記形状導出手段は、前記光輪の形状を拡大することで前記液滴の平面視輪郭形状を導出する拡大手段をさらに備えることを特徴とする、
請求項１乃至４のいずれかに記載の接触角計用画像処理装置。
【請求項６】
前記拡大手段は、前記液滴幅導出手段が導出した前記液滴の幅方向寸法に基づいて前記光輪の形状を拡大することで、前記液滴の平面視輪郭形状を導出することを特徴とする、
請求項５に記載の接触角計用画像処理装置。
【請求項７】
校正用標準試料を撮像した校正用画像に基づいて校正を行う校正手段をさらに備えることを特徴とする、
請求項１乃至６のいずれかに記載の接触角計用画像処理装置。
【請求項８】
前記校正手段は、前記校正用画像に基づいて前記試料上の前記液滴を撮像した画像における一画素の寸法を校正する画素寸法校正手段を備えることを特徴とする、
請求項７に記載の接触角計用画像処理装置。
【請求項９】
前記校正手段は、前記校正用標準試料を上方から撮像した校正用平面画像、および前記校正用標準試料を側方から撮像した校正用側面画像に基づいて、前記試料上の前記液滴を上方から撮像した画像および前記試料上の前記液滴を側方から撮像した画像における位置の対応関係を校正する位置関係校正手段を備えることを特徴とする、
請求項７または８に記載の接触角計用画像処理装置。
【請求項１０】
前記校正用標準試料は、平板と、前記平板の表面から突出する部分球状の突出部と、から構成されることを特徴とする、
請求項７乃至９のいずれかに記載の接触角計用画像処理装置。
【請求項１１】
試料上の液滴の接触角を測定する接触角計において前記試料上の液滴を撮像した画像を処理して前記液滴の平面視輪郭形状を導出する方法であって、
前記試料上の前記液滴を側方から撮像した液滴幅導出用画像に基づいて前記液滴の幅方向寸法を導出する液滴幅導出ステップと、
前記液滴幅導出ステップにおいて導出した前記液滴の幅方向寸法に基づいて比較範囲を設定する比較範囲設定ステップと、
前記試料上の前記液滴を上方から撮像した液滴平面画像の前記比較範囲における各画素を、他の画素と比較する比較ステップと、
前記比較ステップの比較結果に基づいて前記液滴平面画像の各画素が前記液滴の平面視輪郭形状を示しているか否かを判定する判定ステップと、を有することを特徴とする、
液滴の平面視輪郭形状導出方法。
【請求項１２】
前記比較ステップにおいて、前記液滴平面画像の各画素を、前記試料上に前記液滴がない状態を上方から撮像した基準平面画像における同一位置の画素と比較することを特徴とする、
請求項１１に記載の液滴の平面視輪郭形状導出方法。
【請求項１３】
前記比較ステップにおいて、前記液滴平面画像の各画素を、前記液滴平面画像における周囲の画素と比較することを特徴とする、
請求項１１に記載の液滴の平面視輪郭形状導出方法。
【請求項１４】
前記判定ステップにおいて、前記比較ステップの比較結果に基づいて、前記液滴平面画像の各画素が前記液滴内において前記液滴の平面視輪郭形状と相似形に生じた光輪の形状を示しているか否かを判定すると共に、
前記光輪の形状を拡大することで前記液滴の平面視輪郭形状を導出する拡大ステップをさらに有することを特徴とする、
請求項１１乃至１３のいずれかに記載の液滴の平面視輪郭形状導出方法。
【請求項１５】
前記拡大ステップでは、前記液滴幅導出ステップにおいて導出した前記液滴の幅方向寸法に基づいて前記光輪の形状を拡大することで、前記液滴の平面視輪郭形状を導出することを特徴とする、
請求項１４に記載の液滴の平面視輪郭形状導出方法。
【請求項１６】
校正用標準試料を撮像した校正用画像に基づいて前記試料上の前記液滴を撮像した画像における一画素の寸法を校正する画素寸法校正ステップをさらに有することを特徴とする、
請求項１１乃至１５のいずれかに記載の液滴の平面視輪郭形状導出方法。
【請求項１７】
校正用標準試料を上方から撮像した校正用平面画像、および前記校正用標準試料を側方から撮像した校正用側面画像に基づいて、前記試料上の前記液滴を上方から撮像した画像および前記試料上の前記液滴を側方から撮像した画像における位置の対応関係を校正する位置関係校正ステップをさらに有することを特徴とする、
請求項１１乃至１５のいずれかに記載の液滴の平面視輪郭形状導出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体表面に対する液体のぬれ性を示す指標として用いられる接触角を測定する接触角計において使用される接触角計用画像処理装置、および接触角計において液滴の平面視輪郭形状を導出する液滴の平面視輪郭形状導出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体表面における液体の接触角は、一般的に平板状の固体の試料上に所定量の液体を滴下して側方から撮像することにより測定されている。すなわち、試料上の液滴を側方からＣＣＤカメラ等により撮像し、これにより得られた液滴の側面の画像に基づいて、液滴が試料表面と接する部分の角度を算出する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このように、液滴を側方から撮像する場合、例えば液滴の背後から照明することにより、コントラストのはっきりした液滴のシルエット画像を得ることができる。このため、撮像した画像から比較的容易に接触角を算出することが可能であり、液滴を側方から撮像して接触角を求める接触角計は、簡便な装置として広く使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７７３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような液滴を側方から撮像する接触角計では、液滴の平面視の輪郭形状が真円形であると仮定した上で接触角を測定している。しかしながら、液滴の平面視輪郭形状は、必ずしも真円形になるわけではなく、固体表面の性状によっては楕円形やいびつな形状となる場合があり、これが接触角測定のバラツキの要因の１つとなっている。
【０００６】
このため、近年の各種新材料や表面コーティング等の開発分野においては、液滴の平面視輪郭形状を考慮することにより、接触角の測定値をより厳密に評価したいという要望が生じてきている。また、接触角と液滴の平面視輪郭形状を同時に評価することにより、固体表面の性状をより多角的に評価したいという要望も生じてきている。
【０００７】
本発明は、斯かる実情に鑑み、接触角計において液滴の平面視輪郭形状をより高精度に測定可能な接触角計用画像処理装置および液滴の平面視輪郭形状導出方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明は、試料上の液滴の接触角を測定する接触角計において前記試料上の液滴を撮像した画像を処理する画像処理装置であって、前記試料上の前記液滴を上方から撮像した液滴平面画像に基づいて前記液滴の平面視輪郭形状を導出する形状導出手段と、前記試料上の前記液滴を側方から撮像した液滴幅導出用画像に基づいて前記液滴の幅方向寸法を導出する液滴幅導出手段と、を備え、前記形状導出手段は、前記液滴平面画像の各画素を他の画素と比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基づいて前記液滴平面画像の各画素が前記液滴の平面視輪郭形状を示しているか否かを判定する判定手段と、前記液滴幅導出手段が導出した前記液滴の幅方向寸法に基づいて前記比較手段が比較する画素の範囲を設定する比較範囲設定手段と、を備えることを特徴とする、接触角計用画像処理装置である。
【０００９】
（２）本発明はまた、前記試料上の前記液滴を側方から撮像した液滴側面画像に基づいて前記液滴の接触角を導出する接触角導出手段をさらに備えることを特徴とする、上記（１）に記載の接触角計用画像処理装置である。
【００１１】
（３）本発明はまた、前記比較手段は、前記液滴平面画像の各画素を、前記試料上に前記液滴がない状態を上方から撮像した基準平面画像における同一位置の画素と比較することを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の接触角計用画像処理装置である。
【００１２】
（４）本発明はまた、前記比較手段は、前記液滴平面画像の各画素を、前記液滴平面画像における周囲の画素と比較することを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の接触角計用画像処理装置である。
【００１４】
（５）本発明はまた、前記判定手段は、前記比較手段の比較結果に基づいて、前記液滴平面画像の各画素が前記液滴内において前記液滴の平面視輪郭形状と相似形に生じた光輪の形状を示しているか否かを判定し、前記形状導出手段は、前記光輪の形状を拡大することで前記液滴の平面視輪郭形状を導出する拡大手段をさらに備えることを特徴とする、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の接触角計用画像処理装置である。
【００１５】
（６）本発明はまた、前記拡大手段は、前記液滴幅導出手段が導出した前記液滴の幅方向寸法に基づいて前記光輪の形状を拡大することで、前記液滴の平面視輪郭形状を導出することを特徴とする、上記（５）に記載の接触角計用画像処理装置である。
【００１６】
（７）本発明はまた、校正用標準試料を撮像した校正用画像に基づいて校正を行う校正手段をさらに備えることを特徴とする、上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の接触角計用画像処理装置である。
【００１７】
（８）本発明はまた、前記校正手段は、前記校正用画像に基づいて前記試料上の前記液滴を撮像した画像における一画素の寸法を校正する画素寸法校正手段を備えることを特徴とする、上記（７）に記載の接触角計用画像処理装置である。
【００１８】
（９）本発明はまた、前記校正手段は、前記校正用標準試料を上方から撮像した校正用平面画像、および前記校正用標準試料を側方から撮像した校正用側面画像に基づいて、前記試料上の前記液滴を上方から撮像した画像および前記試料上の前記液滴を側方から撮像した画像における位置の対応関係を校正する位置関係校正手段を備えることを特徴とする、上記（７）または（８）に記載の接触角計用画像処理装置である。
【００１９】
（１０）本発明はまた、前記校正用標準試料は、平板と、前記平板の表面から突出する部分球状の突出部と、から構成されることを特徴とする、上記（７）乃至（９）のいずれかに記載の接触角計用画像処理装置である。
【００２０】
（１１）本発明はまた、試料上の液滴の接触角を測定する接触角計において前記試料上の液滴を撮像した画像を処理して前記液滴の平面視輪郭形状を導出する方法であって、前記試料上の前記液滴を側方から撮像した液滴幅導出用画像に基づいて前記液滴の幅方向寸法を導出する液滴幅導出ステップと、前記液滴幅導出ステップにおいて導出した前記液滴の幅方向寸法に基づいて比較範囲を設定する比較範囲設定ステップと、前記試料上の前記液滴を上方から撮像した液滴平面画像の前記比較範囲における各画素を、他の画素と比較する比較ステップと、前記比較ステップの比較結果に基づいて前記液滴平面画像の各画素が前記液滴の平面視輪郭形状を示しているか否かを判定する判定ステップと、を有することを特徴とする、液滴の平面視輪郭形状導出方法である。
【００２１】
（１２）本発明はまた、前記比較ステップにおいて、前記液滴平面画像の各画素を、前記試料上に前記液滴がない状態を上方から撮像した基準平面画像における同一位置の画素と比較することを特徴とする、上記（１１）に記載の液滴の平面視輪郭形状導出方法である。
【００２２】
（１３）本発明はまた、前記比較ステップにおいて、前記液滴平面画像の各画素を、前記液滴平面画像における周囲の画素と比較することを特徴とする、上記（１１）に記載の液滴の平面視輪郭形状導出方法である。
【００２４】
（１４）本発明はまた、前記判定ステップにおいて、前記比較ステップの比較結果に基づいて、前記液滴平面画像の各画素が前記液滴内において前記液滴の平面視輪郭形状と相似形に生じた光輪の形状を示しているか否かを判定すると共に、前記光輪の形状を拡大することで前記液滴の平面視輪郭形状を導出する拡大ステップをさらに有することを特徴とする、上記（１１）乃至（１３）のいずれかに記載の液滴の平面視輪郭形状導出方法である。
【００２５】
（１５）本発明はまた、前記拡大ステップでは、前記液滴幅導出ステップにおいて導出した前記液滴の幅方向寸法に基づいて前記光輪の形状を拡大することで、前記液滴の平面視輪郭形状を導出することを特徴とする、上記（１４）に記載の液滴の平面視輪郭形状導出方法である。
【００２６】
（１６）本発明はまた、校正用標準試料を撮像した校正用画像に基づいて前記試料上の前記液滴を撮像した画像における一画素の寸法を校正する画素寸法校正ステップをさらに有することを特徴とする、上記（１１）乃至（１５）のいずれかに記載の液滴の平面視輪郭形状導出方法である。
【００２７】
（１７）本発明はまた、校正用標準試料を上方から撮像した校正用平面画像、および前記校正用標準試料を側方から撮像した校正用側面画像に基づいて、前記試料上の前記液滴を上方から撮像した画像および前記試料上の前記液滴を側方から撮像した画像における位置の対応関係を校正する位置関係校正ステップをさらに有することを特徴とする、上記（１１）乃至（１５）のいずれかに記載の液滴の平面視輪郭形状導出方法である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る接触角計によれば、接触角計において液滴の平面視輪郭形状をより高精度に測定することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係る接触角計の概略図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）第２照明装置の構成を示した概略図である。
【図３】画像処理装置の主な機能構成を示したブロック図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）校正用標準試料を示した概略図である。
【図５】校正手順の流れを示したフローチャートである。
【図６】（ａ）および（ｂ）校正において撮像する画像を示した概略図である。
【図７】測定手順の流れを示したフローチャートである。
【図８】画像処理の手順の流れを示したフローチャートである。
【図９】（ａ）および（ｂ）接触角導出手段による接触角の導出の概要を示した概略図である。
【図１０】接触角の導出手順の流れを示したフローチャートである。
【図１１】形状導出手段による平面視輪郭形状の導出の概要を示した概略図である。
【図１２】平面視輪郭形状の導出手順の流れを示したフローチャートである。
【図１３】液滴平面画像のみから平面視輪郭形状を導出する場合を示した概略図である。
【図１４】液滴平面画像のみから平面視輪郭形状を導出する場合の手順の流れを示したフローチャートである。
【図１５】（ａ）および（ｂ）第１照明装置を使用して第２撮像装置による撮像を行う場合の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
【００３１】
まず、本発明の実施の形態に係る接触角計について説明する。図１は、本実施形態に係る接触角計１の概略図である。接触角計１は、平板状の個体試料２上に滴下した液体試料の液滴４を撮像して液滴４の接触角および平面視輪郭形状を測定するものである。
【００３２】
同図に示されるように、接触角計１は、ベース１０と、ベース１０上に配置されたステージ２０と、ステージ２０の側方に配置された第１撮像装置３０と、ステージ２０の上方に配置された第２撮像装置４０と、第１撮像装置３０の反対側のステージ２０の側方に配置された第１照明装置５０と、ステージ２０と第２撮像装置４０の間に配置された第２照明装置６０と、第２照明装置６０の上方に配置されたディスペンサ７０と、コンピュータ１００と、を備えて構成されている。
【００３３】
ベース１０は、ステージ２０、第１撮像装置３０、第２撮像装置４０、第１照明装置５０、第２照明装置６０およびディスペンサ７０等を支持する部材である。本実施形態では、これらの装置はブラケット１２、１４等を介して適宜の位置に配置されている。また、ベース１０は、透明な素材から構成されてこれらの装置全体を覆うカバー１６を備えており、温度や湿度等の測定雰囲気を一定に保つことができるようになっている。また、ベース１０は、ステージ２０上面の水平度を維持するために、高さ調整機構を備えた脚部１８を備えている。
【００３４】
ステージ２０は、固体試料２が上面に載置される所謂Ｘ−Ｙステージであり、水平面内の２方向（Ｘ、Ｙ方向）に移動して固体試料２の水平方向の位置を調整することができるように構成されている。さらに、本実施形態では、ステージ２０は、昇降可能（すなわちＺ方向に移動可能）に構成されると共に、載置された固体試料２を垂直方向を軸として回転可能に構成されている。従って、様々な方向から固体試料２上の液滴４を観測することが可能となっている。なお、さらに、ステージ２０の上面を所定の角度に傾斜させることが可能となるように構成してもよい。
【００３５】
第１撮像装置３０は、固体試料２上の液滴４を側方から撮像するものであり、本実施形態では、拡大レンズ系を備えるＣＣＤカメラから構成されている。第１撮像装置３０は、コンピュータ１００に制御されて固体試料２上の液滴４を拡大して撮像し、画像データをコンピュータ１００に送信する。コンピュータ１００は、第１撮像装置３０から受信した画像データをハードディスク等の所定の記憶手段（図示省略）に記憶して保存する。
【００３６】
第２撮像装置４０は、固体試料２上の液滴４を上方から撮像するものであり、本実施形態では、テレセントリックレンズを備えるＣＣＤカメラから構成されている。また、本実施形態の第２撮像装置４０は、例えばハロゲンランプを光源とする同軸落射照明装置４２を備えている。第２撮像装置４０は、コンピュータ１００に制御されて固体試料２上の液滴４を拡大して撮像し、画像データをコンピュータ１００に送信する。コンピュータ１００は、受信した画像データをハードディスク等の所定の記憶手段に保存する。
【００３７】
第１照明装置５０は、第１撮像装置３０によって固体試料２上の液滴４を撮像する場合に液滴４を背後から照明するものである。第１照明装置５０は、例えばハロゲンランプやＬＥＤ等の光源を備え、ステージ２０上の固体試料２および液滴４に向けて光を放射するように構成されている。
【００３８】
第２照明装置６０は、円環状の光源を備え、第２撮像装置４０によって固体試料２上の液滴４を撮像する場合にやや上方の全周囲から液滴４を照明するものである。従って、本実施形態では、第２撮像装置４０によって撮像を行う場合に、同軸落射照明装置４２または第２照明装置６０のいずれかを使用することができるようになっている。本実施形態では、このように２つの異なる方式の照明装置を適宜に使い分けることにより、固体試料２上の液滴４を上方から撮像する場合に、固体試料２の表面の状態（特に光の反射特性）によらず、液滴４の鮮明な画像を得ることができるようになっている。
【００３９】
図２（ａ）〜（ｃ）は、第２照明装置６０の構成を示した概略図である。なお、同図（ａ）は第２照明装置６０の平面図であり、同図（ｂ）および（ｃ）は第２照明装置６０の側断面図である。同図（ａ）に示されるように、第２照明装置６０は、円筒状の筐体６２の内部に複数のＬＥＤ６４を円周上に配列して構成した光源６５を備えて構成されている。筐体６２の中央には孔部６６が形成されており、第２撮像装置４０による撮像は、この孔部６６を通して行われる。
【００４０】
同図（ｂ）に示されるように、光源６５を構成するＬＥＤ６４は、上下２段に配置されると共に、内側やや下方に向けられている。そして、ＬＥＤ６４の前方（光源６５の内側）には、上から下に向けて漸次径が拡大する笠状の拡散板６８が配置されており、この拡散板６８の内側面が内側に向けて光を放射する光放射面となっている。この拡散板６８には、光源６５の光を適宜に拡散させるような表面処理が施されている。
【００４１】
第２照明装置６０は、光源６５および拡散板６８が第２撮像装置４０の光軸Ｓを中心（軸心）とする位置に配置される。また、第２照明装置６０は、第１撮像装置３０による撮像に影響しないように、ステージ２０上の固体試料２から隙間Ｈを開けた位置に配置される。従って、光源６５が発せられる光は、拡散板６８から下方の液滴４に向けて収束する方向に照射される。
【００４２】
なお、拡散板６８の光軸Ｓに対する傾斜角度は、特に限定されるものではなく、固体試料２の光の反射特性等に応じて適宜に設定することができる。また、同図（ｃ）に示されるように、拡散板６８が光軸Ｓと平行となるようにしてもよい。すなわち、拡散板６８を円筒状に構成し、光放射面となる内側面から内側に向けて光軸Ｓと直交する方向に光を放射するようにしてもよい。
【００４３】
また、第２照明装置６０と固体試料２の間の隙間Ｈは、特に限定されるものではなく、拡散板６８の傾斜角度や、固体試料２および液滴４の状態に応じて適宜に設定することができる。本実施形態では、第２照明装置６０を昇降可能に構成しており、液滴４の撮像状態に応じて隙間Ｈを調節することができるようになっている。また、同図（ｃ）に示すように、第２照明装置６０を固体試料２に当接させた状態で第２撮像措置による撮像を行うことも可能となっている。なお、この場合において、第１撮像装置３０による撮像を行うときには、第２照明装置６０を上方に待避させる。
【００４４】
図１に戻って、ディスペンサ７０は、上方から固体試料２上に液体試料を滴下して液滴４を形成するものである。ディスペンサ７０は、コンピュータ１００に制御されて管状の針７２の先端から所定量の液滴を滴下するように構成されている。また、ディスペンサ７０は、コンピュータ１００に制御されて昇降し、針７２の先端をステージ２０上の固体試料に近接離隔させることが可能に構成されている。
【００４５】
ディスペンサ７０は、第１撮像装置３０および第２撮像装置４０による撮像を行う前に、上方の待避位置から下降して針７２の先端を固体試料２上面に近づけ、適量の液体試料を固体試料２上に滴下し、その後上昇して待避位置に戻る。本実施形態では、ディスペンサ７０を垂直方向に対して斜めに配置すると共に、針７２を途中で曲折させて先端部分が略鉛直方向に沿うようにしている。このようにすることで、針７２の先端部分を固体試料２に対して垂直に対向させ、直上から液滴を滴下可能としながらも、第２撮像装置４０による撮像を行う場合に、針７２からピントを外して画像中に針７２が映り込まないようにしている。
【００４６】
なお、ディスペンサ７０により滴下される液体試料としては、主に純水が使用されるが、測定の目的によってはアルコール類や油脂類等を使用するようにしてもよいし、ハンダ等の液体金属を使用するようにしてもよい。
【００４７】
コンピュータ１００は、図示は省略するが、ＣＰＵと、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびハードディスク等の記憶手段と、液晶ディスプレイ等の表示手段と、キーボードおよびマウス等の入力手段と、を備えて構成されている。また、コンピュータ１００は、記憶手段にインストールされたプログラムを実行することにより実現される機能構成として制御装置１１０と、画像処理装置１２０と、を備えている。
【００４８】
制御装置１１０は、ステージ２０、第１撮像装置３０、第２撮像装置４０、第１照明装置５０、第２照明装置６０およびディスペンサ７０等を制御するものである。そして、画像処理装置１２０は、第１撮像装置３０および第２撮像装置４０により撮像した画像を処理するものである。なお、本実施形態では、制御装置１１０および画像処理装置１２０をプログラムの実行によって実現しているが、これらの装置を専用の回路から構成するようにしてもよい。
【００４９】
図３は、画像処理装置１２０の主な機能構成を示したブロック図である。同図に示されるように、画像処理装置１２０は、接触角導出手段１３０と、形状導出手段１４０と、校正手段１５０と、液滴幅導出手段１６０と、を備えて構成されている。
【００５０】
接触角導出手段１３０は、第１撮像装置３０によって固体試料２上の液滴４を側方から撮像した画像（以下、液滴側面画像）について画像処理を行うことにより、接触角を導出するものである。接触角導出手段１３０は、液滴側面画像の各画素を他の画素と比較する比較手段１３２と、比較手段１３２の比較結果に基づいて、液滴側面画像の各画素が液滴４（および固体試料２）の側面視輪郭形状を示すものであるか否かを判定する判定手段１３４と、を備えている。
【００５１】
形状導出手段１４０は、第２撮像装置４０によって固体試料２上の液滴４を上方から撮像した画像（以下、液滴平面画像）について画像処理を行うことにより、液滴４の平面視輪郭形状を導出すると共に、導出した平面視輪郭形状を評価するための各種パラメータ等を算出するものである。
【００５２】
形状導出手段１４０は、液滴平面画像の各画素を他の画素と比較する比較手段１４２と、比較手段１４２の比較結果に基づいて、液滴平面画像の各画素が液滴の平面視輪郭形状を示すものであるか否かを判定する判定手段１４４と、液滴平面画像において比較手段１４２が比較する画素の範囲を設定する比較範囲設定手段１４６と、備えている。また、形状導出手段１４０は、液滴平面画像において液滴４の内部に生じた光輪の形状に基づいて平面視輪郭形状を導出する場合（詳細は後述する）に、光輪の形状を拡大して平面視輪郭形状とする拡大手段１４８を備えている。
【００５３】
なお、接触角導出手段１３０の比較手段１３２と形状導出手段１４０の比較手段１４２は、同一のプログラムにより実現するようにしてもよいし、それぞれ専用のプログラムにより実現するようにしてもよい。この点は、接触角導出手段１３０の判定手段１３４と形状導出手段１４０の判定手段１４４についても同様である。
【００５４】
校正手段１５０は、事前に画像処理装置１２０の校正を行うためのものである。校正手段１５０は、液滴側面画像および液滴平面画像における１画素の寸法を校正（設定）する画素寸法校正手段１５２と、液滴側面画像および液滴平面画像における位置の対応関係を校正（設定）する位置関係校正手段１５４と、を備えている。
【００５５】
液滴幅導出手段１６０は、液滴側面画像に基づいて液滴４の幅方向寸法を導出するものである。形状導出手段１４０の比較範囲設定手段１４６は、液滴幅導出手段１６０が導出した液滴４の幅方向寸法に基づいて比較範囲を設定する。なお、液滴幅導出手段１６０は、本実施形態のように独立して設けてもよいし、接触角導出手段１３０が備える１機能として設けてもよい。
【００５６】
接触角計１は、また、画像処理装置１２０の校正において使用される校正用標準試料８０を備えている。図４（ａ）〜（ｃ）は、校正用標準試料８０を示した概略図である。なお、同図（ａ）は校正用標準試料８０の平面図であり、同図（ｂ）は校正用標準試料８０の正面図であり、同図（ｃ）は校正用標準試料８０の断面の一部を拡大して示した断面図である。
【００５７】
同図（ａ）および（ｂ）に示されるように、校正用標準試料８０は、固体試料２を模した平板８２と、液滴４を模した部分球状の突出部８４と、からなり、平板８２の表面（上面８２ａ）から球体の少なくとも一部を突出させた形状に構成されている。同図（ｃ）に示されるように、突出部８４は、平板８２に設けたテーパ状の固定孔８６内に球体８８を挿入し、上面８２ａから一部を突出させた状態で固定することにより形成される。
【００５８】
固定孔８６は、円形断面で下面８２ｂから上面８２ａに向けて漸次内径が縮小するように形成されており、球体８８を下面８２ｂ側から挿入することにより上面８２ａ側に所定の突出量で固定することができるように形成されている。球体８８は、例えば接着剤８９により固定孔８６に固定される。なお、平板８２の下面８２ｂ側に固定孔８６を塞ぐカバーを設けるようにしてもよい。
【００５９】
校正用標準試料８０は、突出部８４の直径（液滴幅）ｄ、半径ｒ、高さｈおよび接触角θが所定の値になるように設定されている。画像処理装置１２０の校正手段１５０は、第１撮像装置３０によって校正用標準試料８０を撮像した画像（以下、校正用側面画像）、および第２撮像装置４０によって校正用標準試料８０を撮像した画像（以下、校正用平面画像）に基づいて校正を行う。
【００６０】
校正用標準試料８０を校正する平板８２および球体８８の材質は、特に限定されるものではないが、第１撮像装置３０および第２撮像装置４０により撮像した場合にコントラストのはっきりした鮮明な画像を得るためには、表面が平滑で光を反射しやすいステンレス等の金属やガラスであることが好ましい。
【００６１】
次に、接触角計１による接触角および平面視輪郭形状の測定に先だって行われる校正の手順について説明する。
【００６２】
図５は、校正手順の流れを示したフローチャートである。校正手順の最初のステップＳ１０１では、ステージ２０上に校正用標準試料８０を載置する。
【００６３】
ステップＳ１０２では、第１撮像装置３０によってステージ２０上の校正用標準試料８０を撮像し、校正用側面画像２００を取得する（図６（ａ）参照）。校正用側面画像２００は、コンピュータ１００に送信され、ハードディスク等の記憶手段に記憶される。ステップＳ１０３では、第２撮像装置４０によって校正用標準試料８０を撮像し、校正用平面画像２１０を取得する（図６（ｂ）参照）。校正用平面画像２１０は、校正用側面画像２００と同様に、コンピュータ１００が備えるハードディスク等の記憶手段に記憶される。
【００６４】
ステップＳ１０４では、後述する測定時の画像処理と同様の手順により、校正用側面画像２００および校正用平面画像２１０について画像処理を行う。
【００６５】
図６（ａ）および（ｂ）は、校正において撮像する画像を示した概略図である。同図（ａ）に示されるように、校正用側面画像２００は、第１照明装置５０で背後から照明することにより、平板８２および突出部８４が暗いシルエットとしてはっきりしたコントラストで映し出された画像となる。従って、校正用側面画像２００は、平板８２が映し出された暗い領域２０２と、突出部８４が映し出された暗い領域２０４と、背景の明るい領域２０６と、から構成されている。
【００６６】
また、同図（ｂ）に示されるように、校正用平面画像２１０は、平板８２を背景として突出部８４がはっきりしたコントラストで映し出された画像となる。第２撮像装置４０による校正用標準試料８０の撮像では、第２照明装置６０を使用した場合は平板８２が暗く、突出部８４が明るく映し出され、同軸落射照明装置４２を使用した場合は平板８２が明るく、突出部８４が暗く映し出される。校正においてはいずれの照明装置を使用してもよいが、ここでは同軸落射照明装置４２を使用した場合を示している。従って、校正用平面画像２１０は、平板８２が映し出された明るい領域２１２と、突出部８４が映し出された暗い領域２１４と、から構成されている。
【００６７】
校正手順のステップＳ１０４では、まず、校正用側面画像２００について突出部８４の領域２０４および平板８２の領域２０２の輪郭形状（側面視輪郭形状）を導出する。そして、これに基づき、突出部８４の領域２０４における特徴的な点について、画素数を基準とする画像中の２次元座標（ｘ，ｙ）を求める。ここでは、例えば領域２０４のｘ方向の端点である点Ａおよび点Ｂ、ならびに領域２０４のｙ方向の頂点である点Ｔ等について座標を求める。
【００６８】
次に、校正用平面画像２１０についても同様に、突出部８４の領域２１４の輪郭形状（平面視輪郭形状）を導出し、これに基づいて突出部８４の領域２１２における特徴的な点の画像中の座標（ｘ，ｙ）を求める。ここでは、例えばｘ方向の端点である点Ａ'および点Ｂ'ならびにｙ方向の端点である点Ｃ'および点Ｄ'等について座標を求める。
【００６９】
図５に戻って、ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で求めた各点の座標に基づき、校正用側面画像２００および校正用平面画像２１０における画素寸法の校正を行う。ここでは、まず校正用側面画像２００について、予め記憶しておいた校正用標準試料８０の突出部８４の直径ｄの値を点Ａと点Ｂ間のｘ方向の距離（画素数）で除算する、または突出部８４の高さｈの値を点Ｔと点Ａもしくは点Ｂ間のｙ方向の距離（画素数）で除算する等の処理により、校正用側面画像２００における１画素当りの寸法、すなわち画像中の１画素が例えば何μｍを示しているかを算出する。そして、算出した１画素当りの寸法を第１撮像装置３０によって撮像した画像における１画素当りの寸法として設定し、所定の記憶手段に記憶する。
【００７０】
次に、校正用平面画像２１０について、予め記憶しておいた校正用標準試料８０の突出部８４の直径ｄの値を、点Ａ'と点Ｂ'間のｘ方向の距離（画素数）または点Ｃ'と点Ｄ'の間のｙ方向の距離（画素数）で除算する等の処理により、校正用平面画像２１０における１画素当りの寸法を算出する。そして、算出した１画素当りの寸法を第２撮像装置４０によって撮像した画像における１画素当りの寸法として設定し、所定の記憶手段に記憶する。
【００７１】
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０４で求めた各点の座標に基づき、校正用側面画像２００および校正用平面画像２１０における位置の対応関係を求める。本実施形態では、校正用側面画像２００のＡ点に校正用側面画像２１０のＡ'点が対応（同一位置を示している）し、校正用側面画像２００のＢ点に校正用側面画像２１０のＢ'点が対応するように、第１撮像装置３０および第２撮像装置４０の向きが設定されている。
【００７２】
従って、ここでは、校正用側面画像２００におけるＡ点の座標と校正用平面画像２１０におけるＡ'点の座標の関係、ならびに校正用側面画像２００におけるＢ点の座標と校正用平面画像２１０におけるＢ'点の座標の関係から、校正用側面画像２００における座標と校正用平面画像２１０における座標の対応関係を求める。すなわち、同一位置を示している校正用側面画像２００の座標と校正用平面画像２１０の座標の関係式を導出する。そして、第１撮像装置３０によって撮像した画像における座標と第２撮像装置４０によって撮像した画像における座標の関係式として設定し、所定の記憶手段に記憶する。
【００７３】
ステップＳ１０７では、その他の測定値の校正を必要に応じて行う。ここでは、通常の測定と同様に、ステップＳ１０４の画像処理に基づいて突出部８４の接触角および平面視輪郭形状等の各種パラメータを導出し、校正用標準試料８０に設定された実際の値と比較する。そして、この比較結果に基づいて、例えばレンズの歪み等を補正する計数等を設定し、所定の記憶手段に記憶する。
【００７４】
次に、接触角計１による接触角および平面視輪郭形状の測定手順について説明する。
【００７５】
図７は、測定手順の流れを示したフローチャートである。測定手順の最初のステップＳ２０１では、ステージ２０上に固体試料２を載置する。このとき、必要に応じてステージ２０を操作し、第１撮像装置３０および第２撮像装置４０によって撮像するための最適な位置に固体試料２を移動させる。また、必要に応じて第１照明装置５０および第２照明装置６０の光量および位置等を調節する。同軸落射照明４２を使用する場合は、必要に応じて同軸落射照明４２の光量を調節する。
【００７６】
ステップＳ２０２では、第２撮像装置４０によって固体試料２上に液滴がない状態を撮像し、基準平面画像を取得する。この基準平面画像は、後述する画像処理において第２撮像装置４０によって固体試料２上の液滴４を撮像した液滴平面画像と比較することにより、液滴４が映し出されている領域を抽出するためのものである。基準平面画像の撮像は、固体試料２の表面状態に応じて第２照明装置６０または同軸落射照明装置４２のいずれかのみを点灯させて行う。撮像した基準平面画像は、コンピュータ１００に送信されてハードディスク等の所定の記憶手段に記憶される。
【００７７】
ステップＳ２０３では、ディスペンサ７０を操作して液体試料を固体試料２上に滴下し、液滴４を生成する。ステップＳ２０４では、第１撮像装置３０によって固体試料２上の液滴４を側方から撮像し、液滴側面画像を取得する。液滴側面画像の撮像は、第１照明装置５０のみを点灯させて行う。撮像した液滴側面画像は、コンピュータ１００に送信されてハードディスク等の所定の記憶手段に記憶される。
【００７８】
ステップＳ２０５では、第２撮像装置４０によって固体試料２上の液滴４を上方から撮像し、液滴平面画像を取得する。液滴平面画像の撮像は、基準平面画像の撮像と同じ照明装置（第２照明装置６０または同軸落射照明装置４２）を使用して行う。撮像した液滴平面画像は、コンピュータ１００に送信されてハードディスク等の所定の記憶手段に記憶される。なお、液滴平面画像を液滴側面画像よりも先に撮像するようにしてもよい。
【００７９】
ステップＳ２０６では、規定回数の撮像を行ったか否かを判定する。規定回数の撮像を行っていない場合は、規定回数になるまでステップＳ２０４の液滴側面画像の撮像およびステップＳ２０５の液滴平面画像の撮像を繰り返す。このとき、撮像ごとにステージ２０を回転させ、複数の異なる方向（例えば８箇所）の接触角を測定するようにしてもよい。撮像回数が規定回数に達している場合は、ステップＳ２０７に進む。
【００８０】
ステップＳ２０７では、コンピュータ１００が備える画像処理装置１２０により、所定の記憶手段に記憶した液滴側面画像および液滴平面画像について画像処理を行い、液滴４の接触角および平面視輪郭形状を導出する。なお、本実施形態では、所定の記憶手段に記憶した液滴側面画像、液滴平面画像および基準平面画像は、グレースケール画像であるが、カラー画像であってもよい。
【００８１】
次に、測定手順におけるステップＳ２０７の画像処理の手順について説明する。
【００８２】
図８は、画像処理の手順の流れを示したフローチャートである。画像処理の最初のステップＳ３０１では、画像処理装置１２０の接触角導出手段１３０により、液滴側面画像に基づいて接触角の導出を行う。接触角の導出の詳細については後述する。
【００８３】
ステップＳ３０２では、画像処理装置１２０の液滴幅導出手段１６０により、液滴側面画像に基づいて、液滴４の幅方向（ｘ方向）寸法である液滴幅ｄ、および液滴４の幅方向（ｘ方向）の端点である点Ａおよび点Ｂの座標（図９（ｂ）参照）を導出する。なお、本実施形態では、液滴幅導出手段１６０は、ステップＳ３０４において接触角導出手段１３０が後述する手順で導出して記憶した液滴幅ｄ、ならびに点Ａおよび点Ｂの座標を取得するようにしている。
【００８４】
ステップＳ３０３では、画像処理装置１２０の形状導出手段１４０により、液滴平面画像を基準平面画像と比較することにより、液滴４の平面視輪郭形状を導出する。平面視輪郭形状の導出の詳細については後述する。
【００８５】
ステップＳ３０４では、撮像した全ての液滴側面画像および液滴平面画像についてステップＳ３０１〜Ｓ３０３の処理を行ったか否かを判定する。全ての画像について上記処理を行った場合はステップＳ３０５に進み、上記処理を行っていない液滴側面画像および液滴平面画像がある場合は、ステップＳ３０１に戻って上記処理を繰り返す。
【００８６】
ステップＳ３０５では、ステップＳ３０１およびステップＳ３０３で導出した各種データをコンピュータ１００の表示装置に表示すると共に、ハードディスク等の所定の記憶手段に保存する。また、複数回の測定を行った場合は、各測定について算出した接触角や各種パラメータの平均値、Δ幅、標準偏差等を算出して表示および保存する。
【００８７】
次に、画像処理におけるステップＳ３０１の接触角の導出手順について説明する。
【００８８】
図９（ａ）および（ｂ）は、接触角導出手段１３０による接触角θの導出の概要を示した概略図である。同図（ａ）に示されるように、液滴側面画像３００は、第１照明装置５０による背後からの照明により、固体試料２が映し出された暗い領域２０２と、液滴４が映し出された暗い領域２０４と、背景の明るい領域２０６と、から構成される画像となっている。
【００８９】
接触角の導出では、まず、液滴４の領域３０４および固体試料２の領域３０２の輪郭形状（側面視輪郭形状）３０８を導出する。この側面視輪郭形状３０８の導出では、液滴側面画像３００において互いに隣接する画素Ｐ同士を順に比較していくことにより、側面視輪郭形状３０８を示す画素Ｐｏを探索して抽出する。そして抽出した画素Ｐｏを繋ぐことにより側面視輪郭形状３０８を導出する。
【００９０】
具体的には、例えば背景の領域３０６内の任意の開始点から、所定の方向に向けて順番に隣接する２つの画素Ｐの階調の値の差分を、比較手段１３２によって算出していく。そして、判定手段１３４により、比較手段１３２が算出した差分の値が予め設定した閾値未満である場合は、比較した画素Ｐはいずれも背景の領域３０６内にあると判定し、差分の値が閾値以上である場合は、比較した一方の画素Ｐは液滴４の領域３０４内（または固体試料２の領域３０２内）にあると判定する。すなわち、判定手段１３４は、差分の値が閾値以上である場合に、比較した一方の画素Ｐが側面視輪郭形状３０８を示す画素Ｐｏであると判定する。
【００９１】
開始点の位置をずらしながら上記手順を繰り返していくことにより、画素Ｐｏを複数抽出することができる。このとき、背景の領域３０６との境界の近傍の画素Ｐのみを、画素Ｐｏとして抽出するようにしてもよいし、液滴４の領域３０４および固体試料２の領域３０２内の全ての画素Ｐを、画素Ｐｏとして抽出するようにしてもよい。このようにして、抽出した複数の画素Ｐｏを繋ぐことで、側面視輪郭形状３０８を導出することができる。
【００９２】
なお、側面視輪郭形状３０８を示す画素Ｐｏを最初に抽出した後は、この画素Ｐｏを新たな開始点として周囲の画素Ｐを順番に比較していき、階調の差分が閾値未満である場合に比較した画素Ｐが新たな画素Ｐｏであると判定するようにしてもよい。すなわち、最初に側面視輪郭形状３０８を示す画素Ｐｏを抽出した後は、これと同等の階調の画素Ｐを画素Ｐｏとして抽出していくようにしてもよい。
【００９３】
また、初めから液滴４の領域２０４内または固体試料２の領域３０２内の任意の点を比較の開始点としてもよい。また、単独の画素Ｐ同士を比較するのではなく、複数の画素Ｐからなる領域同士を比較するようにしてもよい。
【００９４】
側面視輪郭形状３０８を導出した後、接触角導出手段１３０は、同図（ｂ）に示されるように、側面視輪郭形状３０８に基づいて、ｘ方向の端点である点Ａおよび点Ｂ、ならびにｙ方向の頂点である点Ｔの座標を求める。そして、点Ａおよび点Ｂのｘ座標の差から液滴４の直径（液滴幅）ｄ、半径ｒを算出し、点Ｔと点Ａまたは点Ｂのｙ座標の差から液滴４の高さｈを算出する。本実施形態では、事前の校正によって１画素当りの寸法が設定されているため、液滴４の直径（液滴幅）ｄ、半径ｒおよび高さｈは、実際の値を求めることができる。
【００９５】
接触角θは、既知の手法、例えばθ／２法によって算出することができる。具体的には、液滴４の半径ｒと高さｈの値から、数式θ＝２・φ＝２・ａｒｃｔａｎ（ｈ／ｒ）を用いて接触角θを求めることができる。なお、その他の既知の手法である接線法やカーブフィッティング法等を用いて、より詳細に接触角θを求めるようにしてもよい。
【００９６】
図１０は、接触角θの導出手順の流れを示したフローチャートである。接触角θの導出の最初のステップＳ４０１では、比較する２つの画素Ｐを選択する。ステップＳ４０２では、比較手段１３２により、選択した２つの画素Ｐの階調の差分を求めて比較する。ステップＳ４０３では、判定手段１３４により、ステップＳ４０２で求めた差分の値と閾値に基づき、比較した２つの画素Ｐの一方が側面視輪郭形状３０８を示す画素Ｐｏであるか否かを判定し、側面視輪郭形状３０８を示すと判定した場合は画素Ｐｏを抽出する。
【００９７】
ステップＳ４０６では、抽出した画素Ｐｏにより側面視輪郭形状３０８を導出可能であるか否かを判定する。側面視輪郭形状３０８を導出可能である場合はステップＳ４０５に進み、導出不可能である場合はステップＳ４０１に戻って、画素Ｐｏをさらに探索する。
【００９８】
ステップＳ４０５では、抽出した画素Ｐｏを繋げて側面視輪郭形状３０８を導出する。ステップＳ４０６では、導出した側面視輪郭形状３０８に基づき、接触角θを算出する。
【００９９】
次に画像処理におけるステップＳ３０３の平面視輪郭形状の導出手順について説明する。
【０１００】
図１１は、形状導出手段１４０による平面視輪郭形状４０８の導出の概要を示した概略図である。なお、同図では、光を反射しにくい固体試料２上の液滴４を、第２照明装置６０を使用して撮像した場合の液滴平面画像４００および基準平面画像５００の例を示している。
【０１０１】
この場合、液滴平面画像４００は、固体試料２が映し出されたやや暗い領域４０２と、液滴４が映し出された暗い領域４０４と、から構成される。また、液滴平面画像４００には、条件によって液滴４の領域４０４の周囲にやや明るい領域４０５や、液滴４の領域４０４内部に生じた光輪が映し出されたやや明るい領域４０６が発生する。基準平面画像５００は、固体試料２が映し出されたやや暗い領域５０２のみから構成される。
【０１０２】
光を反射しにくい固体試料２の場合、第２照明装置６０および同軸落射照明装置４２のいずれを使用しても、コントラストのはっきりした画像が得られない場合がある。このような場合には、液滴平面画像４００と基準平面画像５００を比較することによって液滴４の平面視輪郭形状４０８を導出する手法が有効となる。
【０１０３】
平面視輪郭形状４０８の導出では、まず比較範囲設定手段１４６により、画素Ｐを比較する比較範囲４０７、５０７を設定し、液滴平面画像４００および基準平面画像５００からそれぞれ抽出する。この比較範囲４０７、５０７は、液滴幅導出手段１６０が導出した液滴幅ｄを所定の拡大率で拡大した大きさに設定される。また、比較範囲４０７、５０７は、液滴幅導出手段１６０が導出した液滴側面画像３００の点Ａおよび点Ｂに対応する点である点Ａ'および点Ｂ'の座標に基づき、液滴４の領域４０４を含む位置に設定される。
【０１０４】
次に、比較手段１４２により、比較範囲４０７の画素Ｐを、同一位置の比較範囲５０７の画素Ｐと順番に比較していく。具体的には、比較範囲４０７の画素Ｐと同一位置の比較範囲５０７の画素Ｐとについて、階調の値の差分を比較手段１４２によって算出する。そして、判定手段１４４により、比較手段１４２が算出した差分の値が予め設定した閾値未満である場合は、比較した比較範囲４０７の画素Ｐは液滴４の領域４０４以外にあると判定し、差分の値が閾値以上である場合は、比較範囲４０７の画素Ｐは液滴４の領域４０４内にあると判定する。すなわち、判定手段１３４は、差分の値が閾値以上である場合に、比較範囲４０７の画素Ｐが平面視輪郭形状４０８を示す画素Ｐｏであると判定する。
【０１０５】
ここで、閾値の値を適宜に設定することにより、または比較範囲４０７の画素Ｐが比較範囲５０７の画素Ｐよりも暗い場合にのみ比較範囲４０７の画素Ｐが画素Ｐｏであると判定することにより、液滴４の領域４０４と周囲の領域４０５および光輪の領域４０６を区別することができる。
【０１０６】
上記手順を比較範囲４０７、５０７の全ての画素について行うことにより、比較範囲４０７において液滴４の領域４０４内にあり、平面視輪郭形状４０８を示す画素Ｐｏを抽出することができる。そして、これに基づいて液滴４の平面視輪郭形状４０８を導出することができる。
【０１０７】
なお、液滴４内に生じた光輪の形状は、液滴４の平面視輪郭形状４０８と相似形となっている。従って、上記手順と同様の手順により、光輪の領域４０６内にあって光輪の形状を示す画素Ｐｏを比較範囲４０７から抽出するようにしてもよい。この場合には、拡大手段１４８により、液滴幅導出手段１６０で導出した液滴幅ｄと光輪の領域４０６の幅方向（ｘ方向）寸法ｄｓの比率に基づく拡大率で光輪の領域４０６の形状を拡大することにより、液滴４の平面視輪郭形状４０８を導出する。液滴４の輪郭部分がぼやけている場合には、この手法が有効となる。
【０１０８】
図１２は、平面視輪郭形状４０８の導出手順の流れを示したフローチャートである。平面視輪郭形状４０８の導出の最初のステップＳ５０１では、比較範囲設定手段１４６により、比較範囲４０７、５０７を設定し、液滴平面画像４００および基準平面画像５００からそれぞれ抽出する。ステップＳ５０２では、比較する同一位置の画素Ｐを比較範囲４０７、５０７から選択する。
【０１０９】
ステップＳ５０３では、比較手段１４２により、選択した比較範囲４０７の画素Ｐおよび比較範囲５０７の画素Ｐの階調の差分を求めて比較する。ステップＳ５０４では、判定手段１４４により、ステップＳ５０３で求めた差分の値と閾値に基づき、比較した比較範囲４０７の画素Ｐが平面視輪郭形状４０８を示す画素Ｐｏであるか否かを判定し、平面視輪郭形状４０８を示すと判定した場合は画素Ｐｏを抽出する。液滴４内に生じた光輪に基づいて平面視輪郭形状４０８を導出する場合は、比較した比較範囲４０７の画素Ｐが光輪の形状を示す画素Ｐｏであるか否かを判定し、光輪の形状を示すと判定した場合は画素Ｐｏを抽出する。
【０１１０】
ステップＳ５０５では、比較範囲４０７、５０７の全画素を比較したか否かを判定する。全画素を比較した場合はステップＳ５０６に進み、全画素を比較していない場合はステップＳ５０２に戻って次の画素Ｐを比較および判定する。
【０１１１】
ステップＳ５０６では、抽出した画素Ｐｏに基づき、平面視輪郭形状４０８を導出する。液滴４内に生じた光輪に基づいて平面視輪郭形状４０８を求める場合は、拡大手段１４８により、光輪の領域４０６の形状を拡大して平面視輪郭形状４０８を導出する。
【０１１２】
ステップＳ５０７では、平面視輪郭形状４０８に関する各種パラメータを算出する。本実施形態では、例えば真円度（＝（最大半径−最小半径）／平均半径）、アスペクト比（＝最大直径／最小直径）、配向性（＝ｙ軸に対する最大直径の傾き角度）等を平面視輪郭形状４０８を評価するパラメータとして算出する。
【０１１３】
なお、図９（ａ）で説明した側面視輪郭形状３０８の導出と同様の手順を用いることにより、基準平面画像５００を使用せずに液滴平面画像４００のみから液滴４の平面視輪郭形状４０８を導出することもできる。
【０１１４】
図１３は、液滴平面画像４００のみから平面視輪郭形状４０８を導出する場合を示した概略図である。なお、同図では、光を反射しやすい固体試料上の液滴４を、第２照明装置６０を使用して撮像した場合の液滴平面画像４００の例を示している。
【０１１５】
この場合、液滴平面画像４００は、固体試料２が映し出された暗い領域４０２と、液滴４が映し出された明るい領域４０４と、から構成されるコントラストのはっきりした画像となる。また、液滴平面画像４００には、条件によって液滴４の領域４０４の内部に暗い領域４０９が発生する。
【０１１６】
光を反射しやすい固体試料２の場合、第２照明装置６０および同軸落射照明装置４２のいずれかを使用することにより、コントラストのはっきりした画像が得られる。このような場合には、側面視輪郭形状３０８の導出と同じ手順により液滴４の平面視輪郭形状４０８を導出することができる。
【０１１７】
この例の平面視輪郭形状４０８の導出では、先述の手順と同様に、まず比較範囲設定手段１４６により、液滴幅ｄならびに点Ａ'および点Ｂ'の座標に基づいて比較範囲４０７を設定し、液滴平面形状４００から抽出する。なお、液滴側面画像３００を撮像していない場合には、比較範囲４０７を設定しなくてもよい。
【０１１８】
次に、比較手段１４２により比較範囲４０７において互いに隣接する画素Ｐ同士を順に比較すると共に、判定手段１４４により比較した画素Ｐの一方が平面視輪郭形状４０８を示す画素Ｐｏであるか否かを判定することで画素Ｐｏを探索する。
【０１１９】
具体的には、側面視輪郭形状３０８の導出と同様に、例えば固体試料２の領域４０２内の任意の開始点から、所定の方向に向けて順番に隣接する２つの画素Ｐの階調の値の差分を、比較手段１４２によって算出していく。そして、判定手段１４４により、比較手段１４２が算出した差分の値が予め設定した閾値未満である場合は、比較した画素Ｐはいずれも固体試料２の領域４０２内にあると判定し、差分の値が閾値以上である場合は、比較した一方の画素Ｐは液滴４の領域４０４内にある画素Ｐｏと判定する。そして、このようにして抽出した複数の画素Ｐｏを繋ぐことにより、平面視輪郭形状４０８を導出する。
【０１２０】
なお、初めに点Ａ'または点Ｂ'の座標から、平面視輪郭形状４０８を示す画素Ｐｏ１を求め、この画素Ｐｏ１と同等の階調の画素Ｐを比較手段１４２および判定手段１４４によって探索し、画素Ｐｏとして抽出するようにしてもよい。また、液滴４の領域４０４内の領域４０９の平面視輪郭形状を導出し、光輪の場合と同様に、拡大手段１４８によって領域４０９の平面視輪郭形状を拡大することで、液滴４の平面視輪郭形状４０８を導出するようにしてもよい。
【０１２１】
図１４は、液滴平面画像４００のみから平面視輪郭形状４０８を導出する場合の手順の流れを示したフローチャートである。最初のステップＳ６０１では、比較範囲設定手段１４６により、比較範囲４０７を設定し、液滴平面画像４００から抽出する。なお、比較範囲４０７は、必要に応じて設定すればよい。ステップＳ６０２では、比較範囲４０７から比較する２つの画素Ｐを選択する。
【０１２２】
ステップＳ６０３では、比較手段１４２により、選択した２つの画素Ｐの階調の差分を求めて比較する。ステップＳ６０４では、判定手段１３４により、ステップＳ６０３で求めた差分の値と閾値に基づき、比較した２つの画素Ｐの一方が平面視輪郭形状４０８を示す画素Ｐｏであるか否かを判定し、平面視輪郭形状４０８を示すと判定した場合は画素Ｐｏを抽出する。液滴４の領域４０４内の領域４０９に基づいて平面視輪郭形状４０８を導出する場合は、比較した２つの画素Ｐの一方が領域４０９の輪郭形状を示す画素Ｐｏであるか否かを判定し、領域４０９の輪郭形状を示すと判定した場合は画素Ｐｏを抽出する。
【０１２３】
ステップＳ６０５では、抽出した画素Ｐｏにより平面視輪郭形状４０８を導出可能であるかを判定する。領域４０９に基づいて平面視輪郭形状４０８を導出する場合は、領域４０９の輪郭形状を導出可能であるか否かを判定する。平面視輪郭形状４０８（領域４０９の輪郭形状）を導出可能である場合はステップＳ６０６に進み、導出不可能である場合はステップＳ６０２に戻って、画素Ｐｏをさらに探索する。
【０１２４】
ステップＳ６０６では、抽出した画素Ｐｏに基づき、平面視輪郭形状４０８を導出する。領域４０９に基づいて平面視輪郭形状４０８を求める場合は、拡大手段１４８により、領域４０９の形状を拡大して平面視輪郭形状４０８を導出する。
【０１２５】
なお、本実施形態では、第２照明装置６０または同軸落射照明装置４２のいずれかを使用して第２撮像装置４０による撮像を行うが、これらの代わりに第１照明装置３０を使用して第２撮像装置４０による撮像を行うようにしてもよい。
【０１２６】
図１５（ａ）および（ｂ）は、第１照明装置５０を使用して第２撮像装置４０による撮像を行う場合の例を示した図である。同図（ａ）に示す例では、第１照明装置５０による照明で固体試料２上の液滴４を部分的に白く光らせ、これを第２撮像装置４０により上方から撮像する。これにより、液滴４の平面視輪郭形状４０８の一部を導出することができる。従って、ステージ２０を操作して固体試料２および液滴４を回転させながら複数回の撮像を行い、複数の液滴平面画像４００から導出した部分的な平面視輪郭形状４０８を組み合わせることで、液滴４の全体的な平面視輪郭形状４０８を導出することができる。
【０１２７】
また、ステージ２０を回転させるのではなく、同図（ｂ）に示されるように、ステージ２０の周囲に複数の第１照明装置５０を配置して照明することにより、液滴４を全体的に白く光らせるようにしてもよい。この場合、１回の撮像で液滴４の全体的な平面視輪郭形状を導出することができる。なお、この場合において第１撮像装置３０による撮像を行う場合には、いずれかの第１照明装置５０を撮像に影響しない位置に退避させるようにすればよい。
【０１２８】
固体試料２および液滴４の状態によっては、このように第１照明装置５０を使用して第２撮像装置４０による撮像を行う方が、より鮮明な画像を得ることができる場合がある。
【０１２９】
また、本実施形態では、液滴平面画像４００から画像処理装置１２０によって固体試料２上の液滴４の平面視輪郭形状４０８を導出するが、平面視輪郭形状４０８の導出と共に、液滴平面画像４００からその他の情報を取得するようにしてもよい。
【０１３０】
例えば、固体試料２が紙等である場合に、液滴４から固体試料２に液体試料がにじみ出た部分の面積を導出するようにしてもよい。この場合、液体試料がにじみ出た部分の面積は、平面視輪郭形状４０８の導出と同様の手順で求めることができる。そして、にじみ出た部分の面積と共に液滴４の面積を導出し、例えばにじみ度（＝（にじみ出た部分の面積＋液滴面積）／液滴面積）というパラメータを算出することで、さらに多角的な観点から固体表面の性状を評価することが可能となる。
【０１３１】
また、本実施形態では、複数のＬＥＤ６４から光源６５を構成した例を示したが、例えば蛍光灯や有機ＥＬ等、その他の照明機器から光源６５を構成するようにしてもよい。また、本実施形態では、ＬＥＤ６４の前方に拡散板６８を備えた例を示したが、拡散板６８を備えないようにしてもよいし、拡散板６８の代わりに通常の透明板等を光放射面とするようにしてもよい。
【０１３２】
以上説明したように、本実施形態に係る画像処理装置１２０は、試料（固体試料）２上の液滴４の接触角θを測定する接触角計において試料２上の液滴４を撮像した画像を処理する画像処理装置であって、試料２上の液滴４を上方から撮像した液滴平面画像４００に基づいて液滴４の平面視輪郭形状４０８を導出する形状導出手段１４０を備えている。
【０１３３】
このため、接触角θと共に液滴４の平面視輪郭形状４０８をより高精度に測定することができる。また、平面視輪郭形状４０８について真円度やアスペクト比、配向性等の各種パラメータを容易に求めることが可能となるため、固体表面の性状をより多角的に評価することができる。
【０１３４】
なお、本実施形態では、固体試料２上の液滴４を側方から撮像する第１撮像装置３０を備える接触角計１の例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば第２撮像４０のみを備え、固体試料２上の液滴４を上方から撮像した画像と液滴の体積とから接触角θを算出する接触角計にも、本発明を適用することができる。
【０１３５】
また、画像処理装置１２０は、試料２上の液滴４を側方から撮像した液滴側面画像３００に基づいて液滴４の接触角θを導出する接触角導出手段１３０をさらに備えている。このため、より簡便且つ高精度に接触角θおよび液滴４の平面視輪郭形状４０８を測定することができる。
【０１３６】
また、形状導出手段１４０は、液滴平面画像４００の各画素Ｐを他の画素Ｐと比較する比較手段１４２と、比較手段１４２の比較結果に基づいて液滴平面画像４００の各画素Ｐが液滴４の平面視輪郭形状４０８を示しているか否かを判定する判定手段１４４と、を備えている。
【０１３７】
このため、液滴平面画像４００から液滴４の平面視輪郭形状４０８を高精度に導出することができる。なお、本実施形態では、グレースケール画像を使用することから、比較手段１３２、１４２によって画素Ｐの階調の値の差分を求めるようにしているが、カラー画像を使用すると共に、比較手段１３２、１４２によって例えば色度、明度または彩度等の差分を単独または複合的に求めるようにしてもよい。
【０１３８】
また、比較手段１４２は、液滴平面画像４００の各画素Ｐを、試料２上に液滴４がない状態を上方から撮像した基準平面画像５００における同一位置の画素Ｐと比較する。このため、コントラストのはっきりした液滴平面画像４００を得ることが困難である場合にも、液滴４の平面視輪郭形状４０８を高精度に導出することができる。
【０１３９】
また、比較手段１４２は、液滴平面画像４００の各画素Ｐを、液滴平面画像４００における周囲の画素Ｐと比較することもできる。このため、液滴平面画像４００がコントラストのはっきりした画像である場合には、液滴平面画像４００のみから液滴４の平面視輪郭形状４０８を導出することが可能となる。これにより、画像処理装置１２０の処理負荷を低減すると共に、接触角θおよび平面視輪郭形状４０８の測定を高速化することができる。
【０１４０】
また、画像処理装置１２０は、試料２上の液滴４を側方から撮像した液滴幅導出用画像（本実施形態では、液滴側面画像３００と兼用）に基づいて液滴４の幅方向寸法（液滴幅）ｄを導出する液滴幅導出手段１６０をさらに備え、形状導出手段１４０は、液滴幅導出手段１６０が導出した液滴４の幅方向寸法ｄに基づいて比較手段１４２が比較する画素Ｐの範囲を設定する比較範囲設定手段１４６をさらに備えている。
【０１４１】
このような構成とすることで、画素Ｐを比較する範囲を限定することができるため、画像処理装置１２０の処理負荷を低減すると共に、接触角θおよび平面視輪郭形状４０８の測定を高速化することができる。なお、本実施形態では、液滴側面画像３００を液滴幅導出用画像と兼用した例を示したが、液滴側面画像３００とは別に液滴幅導出用画像を撮像するようにしてもよい。
【０１４２】
また、判定手段１４４は、比較手段１４２の比較結果に基づいて、液滴平面画像４００の各画素Ｐが液滴４内において液滴４の平面視輪郭形状４０８と相似形に生じた光輪の形状を示しているか否かを判定し、形状導出手段１４０は、光輪の形状を拡大することで液滴４の平面視輪郭形状４０８を導出する拡大手段１４８をさらに備えるようにすることもできる。
【０１４３】
さらに、判定手段１４４は、比較手段１４２の比較結果に基づいて、液滴平面画像４００の各画素Ｐが液滴４内において液滴４の平面視輪郭形状４０８と相似形に生じた光輪の形状を示しているか否かを判定し、形状導出手段１４０は、液滴幅導出手段１６０が導出した液滴４の幅方向寸法ｄに基づいて光輪の形状を拡大することで、液滴４の平面視輪郭形状４０８を導出する拡大手段１４８をさらに備えるようにすることもできる。
【０１４４】
このような構成とすることで、液滴平面画像４００が不鮮明であっても、液滴４の平面視輪郭形状を高精度に導出することができる場合がある。
【０１４５】
また、画像処理装置１２０は、校正用標準試料８０を撮像した校正用画像（校正用側面画像２００、校正用平面画像２１０）に基づいて校正を行う校正手段１５０をさらに備えている。
【０１４６】
このような構成とすることで、画像処理装置１２０を容易に校正することができるため、より高精度な測定を行うことが可能となる。
【０１４７】
また、校正手段１５０は、校正用画像（校正用側面画像２００、校正用平面画像２１０）に基づいて試料２上の液滴４を撮像した画像における１画素の寸法を校正する画素寸法校正手段１５２を備えている。
【０１４８】
このような構成とすることで、接触角θおよび液滴４の平面視輪郭形状４０８の測定において、容易に実際の寸法を求めることが可能となり、固体表面の性状についてより多角的な評価を行うことができる。
【０１４９】
また、校正手段１５０は、校正用標準試料８０を上方から撮像した校正用平面画像２１０、および校正用標準試料８０を側方から撮像した校正用側面画像２００に基づいて、試料２上の液滴４を上方から撮像した画像および試料２上の液滴４を側方から撮像した画像における位置の対応関係を校正する位置関係校正手段１５４を備えている。
【０１５０】
このため、第１撮像装置３０によって撮像した画像と第２撮像装置４０によって撮像した画像を連携させて効率的に画像処理を行うことが可能であり、測定を高速化することができる。
【０１５１】
また、校正用標準試料８０は、平板８２と、平板８２の表面から突出する部分球状の突出部８４と、から構成されている。このため、１つの校正用標準試料８０で、第１撮像装置３０および第２撮像装置４０による撮像の両方を同時に校正することができる。
【０１５２】
また、校正用標準試料８０は、平板８２に円形断面且つテーパ状の貫通孔（固定孔）８６が形成されており、貫通孔（固定孔）８６の小径側の開口から一部を突出させた状態で球体８８が固定されることで突出部８４が形成されている。このような構成とすることで、少ないコストで高精度に校正用標準試料８０を作成することができる。
【０１５３】
また、本実施形態に係る液滴の平面視輪郭形状導出方法は、試料（固体試料）２上の液滴４の接触角θを測定する接触角計１において試料２上の液滴４を撮像した画像を処理して液滴４の平面視輪郭形状４０８を導出する方法であって、試料２上の液滴４を上方から撮像した液滴平面画像４００の各画素Ｐを、他の画素とＰ比較する比較ステップＳ５０３と、比較ステップＳ５０３の比較結果に基づいて液滴平面画像４００の各画素Ｐが液滴４の平面視輪郭形状４０８を示しているか否かを判定する判定ステップＳ５０４と、を有している。
【０１５４】
このため、液滴平面画像４００から液滴４の平面視輪郭形状４０８を高精度に導出することができる。
【０１５５】
また、本実施形態の平面視輪郭形状導出方法は、比較ステップＳ５０３において、液滴平面画像４００の各画素Ｐを、試料２上に液滴４がない状態を上方から撮像した基準平面画像５００における同一位置の画素Ｐと比較する。
【０１５６】
このため、コントラストのはっきりした液滴平面画像４００を得ることが困難である場合にも、液滴４の平面視輪郭形状４０８を高精度に導出することができる。
【０１５７】
また、本実施形態の平面視輪郭形状導出方法は、比較ステップＳ５０３において、液滴平面画像４００の各画素Ｐを、液滴平面画像４００における周囲の画素Ｐと比較するようにすることもできる。
【０１５８】
このため、液滴平面画像４００がコントラストのはっきりした画像である場合には、液滴平面画像４００のみから液滴４の平面視輪郭形状４０８を導出することが可能となる。これにより、画像処理装置１２０の処理負荷を低減すると共に、接触角θおよび平面視輪郭形状４０８の測定を高速化することができる。
【０１５９】
また、本実施形態の平面視輪郭形状導出方法は、試料２上の液滴４を側方から撮像した液滴幅導出用画像（本実施形態では、液滴側面画像３００と兼用）に基づいて液滴４の幅方向寸法（液滴幅）ｄを導出する液滴幅導出ステップＳ３０２と、液滴幅導出ステップＳ３０２において導出した液滴４の幅方向寸法ｄに基づいて比較ステップＳ５０３において比較する画素Ｐの範囲を設定する比較範囲設定ステップＳ５０１と、をさらに有している。
【０１６０】
このような構成とすることで、画素Ｐを比較する範囲を限定することができるため、画像処理装置１２０の処理負荷を低減すると共に、接触角θおよび平面視輪郭形状４０８の測定を高速化することができる。
【０１６１】
また、本実施形態の平面視輪郭形状導出方法は、判定ステップＳ５０４において、比較ステップＳ５０３の比較結果に基づいて、液滴平面画像４００の各画素Ｐが液滴４内において液滴４の平面視輪郭形状４０８と相似形に生じた光輪の形状を示しているか否かを判定すると共に、光輪の形状を拡大することで液滴４の平面視輪郭形状４０８を導出する拡大ステップＳ５０６をさらに有するようにすることもできる。
【０１６２】
さらに、本実施形態の平面視輪郭形状導出方法は、判定ステップＳ５０４において、比較ステップＳ５０３の比較結果に基づいて、液滴平面画像４００の各画素Ｐが液滴４内において液滴４の平面視輪郭形状４０８と相似形に生じた光輪の形状を示しているか否かを判定すると共に、液滴幅導出ステップＳ３０２において導出した液滴４の幅方向寸法ｄに基づいて光輪の形状を拡大することで、液滴４の平面視輪郭形状４０８を導出する拡大ステップＳ５０６をさらに有するようにすることもできる。
【０１６３】
このような構成とすることで、液滴平面画像４００が不鮮明であっても、液滴４の平面視輪郭形状を高精度に導出することができる場合がある。
【０１６４】
また、本実施形態の平面視輪郭形状導出方法は、校正用標準試料８０を撮像した校正用画像（校正用側面画像２００、校正用平面画像２１０）に基づいて試料２上の液滴４を撮像した画像における１画素の寸法を校正する画素寸法校正ステップＳ１０５をさらに有している。
【０１６５】
このような構成とすることで、接触角θおよび液滴４の平面視輪郭形状４０８の測定において、容易に実際の寸法を求めることが可能となり、固体表面の性状についてより多角的な評価を行うことができる。
【０１６６】
また、本実施形態の平面視輪郭形状導出方法は、校正用標準試料８０を上方から撮像した校正用平面画像２１０、および校正用標準試料８０を側方から撮像した校正用側面画像２００に基づいて、試料２上の液滴４を上方から撮像した画像および試料２上の液滴４を側方から撮像した画像における位置の対応関係を校正する位置関係校正ステップＳ１０６をさらに有している。
【０１６７】
このため、第１撮像装置３０によって撮像した画像と第２撮像装置４０によって撮像した画像を連携させて効率的に画像処理を行うことが可能であり、測定を高速化することができる。
【０１６８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の接触角計用画像処理装置および液滴の平面視輪郭形状導出方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【０１６９】
本発明の接触角計用画像処理装置および液滴の平面視輪郭形状導出方法は、固体の表面性状の測定および評価の分野で利用することができる。
【符号の説明】
【０１７０】
２  固体試料
４  液滴
８０  校正用標準試料
８２  平板
８４  突出部
１２０  画像処理装置
１３０  接触角導出手段
１４０  形状導出手段
１４２  比較手段
１４４  判定手段
１４６  比較範囲設定手段
１４８  拡大手段
１５０  校正手段
１５２  画素寸法校正手段
１５４  位置関係校正手段
１６０  液滴幅導出手段
２００  校正用側面画像
２１０  校正用平面画像
３００  液滴側面画像
４００  液滴平面画像
５００  基準平面画像
４０８  液滴の平面視輪郭形状
ｄ  液滴幅
Ｈ  第２照明装置と固体試料表面の隙間
Ｐ  画素
Ｓ  第２撮像装置の光軸
θ  接触角
【図１】
0005480669.tif 000002
【図２】
0005480669.tif 000003
【図３】
0005480669.tif 000004
【図４】
0005480669.tif 000005
【図５】
0005480669.tif 000006
【図６】
0005480669.tif 000007
【図７】
0005480669.tif 000008
【図８】
0005480669.tif 000009
【図９】
0005480669.tif 000010
【図１０】
0005480669.tif 000011
【図１１】
0005480669.tif 000012
【図１２】
0005480669.tif 000013
【図１３】
0005480669.tif 000014
【図１４】
0005480669.tif 000015
【図１５】
0005480669.tif 000016